CN100495094C - 在soi光学平台上形成的亚微米平面光波设备 - Google Patents

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Abstract

一组平面的、二维的光学设备，其能够在SOI结构的亚微米表面层上或者在SOI表面层和覆盖的聚硅层的亚微米厚组合物上制备。可以应用传统的覆盖/蚀刻技术在SOI平台上形成各种有源和无源设备。可以对设备的各个区进行掺杂以形成有源设备结构。另外，聚硅层可以被单独图形化，为传输的光信号提供有效模指数变化区。

Description

在SOI光学平台上形成的亚微米平面光波设备
相关申请的参考
本申请要求2003年4月23日提交的临时申请No.60/464,938的优先权。
技术领域
本发明涉及平面光学波导设备的形成，更特别的，涉及在绝缘层上覆硅(SOI)平台的亚微米表面区上无源和有源平面光学设备的形成。
背景技术
平面光波回路(PLC)是电子芯片的光学等价物，其操控和处理光信号而不是电信号。在多数情况下，PLC是在沉积在半导体基质上相对薄的玻璃层、聚合物或者半导体层上形成的。光波回路本身是由一个或者多个光波导相互连接的光学仪器组成，波导用于引导光从一个光学设备到另一个设备，因此被认为是电子芯片中金属连接的光学等价物。光学设备可以包括无源光设备或者有源光电设备，其发挥的功能包括，例如反射、聚焦、校准、分光、波长复用/解复用、开关调节和检测，以及类似的。
通常用于光波设备集成的平台是基于使用磷化铟(InP)、硅基二氧化硅、聚合物和氧氮化硅。由于大多数的电集成电路技术是基于硅平台而不是任何上述用于光波设备的平台，因此将电元件与这些光学设备集成的能力一直受到极度限制。因此，通过在硅平台上形成光学设备，可以得到光和电真正的集成。这种集成的备选系统是绝缘层上覆硅(SOI)结构，其可以在用于形成电元件的相同表面单晶硅层上(以下称为“SOI层”)引导光。
目前为止，通常在SOI结构上形成的平面光学设备使用相对厚(>3-4μm)的SOI层，这样通过例如边缘照明(edge illumination)的方法可以相对容易地将光波信号耦合输入/输出SOI层。然而，对边缘照明耦合的需要要求接触芯片边缘以及形成具有高表面质量的边缘。而且，在厚SOI层上制作高精确度结构被认为是相当困难的(例如形成用于波导的“光滑的”垂直壁、两翼和镜等)。硅的厚度也阻止了应用传统的CMOS制作工艺而同时形成电学和光学元件。而且，SOI层也限制了电子设备的速度。
一旦SOI层的厚度降到1微米以下(其优选用以解决上述问题)，在根据耦合足够量的光波进出这样相对薄层方面会存在一个显著的挑战。正在开发的将光耦合入薄SOI层的技术包括波导光栅、反转纳米锥(taper)以及三维角状锥。然而，耦合的光在SOI层中传输只有垂直方向的限制(平面波导)。光在横向上的传输与在自由空间中相似，媒介的折射率与硅的相同。为了实际应用耦合光，需要在亚微米SOI层上有效地操控光。更特别的，需要发挥各种光学功能，例如转角、聚焦、调节、衰减、开关和选择性地分散耦合在硅层上的光。为了光和电的真正集成，在没有平面波导结构的情况下，实现所有这些光学功能。
发明概述
本发明在于解决现有技术中的需要，其涉及形成平面光波导设备，更特别的，涉及在绝缘层上覆硅(SOI)平台的亚微米表面上形成有源和无源平面光设备。
根据本发明，使用SOI结构相对薄(例如，亚微米)的单晶硅表面层(以下称为“SOI层”)形成各种平面光学设备(例如：波导、锥、镜、光栅、透镜、侧面瞬时耦合器(lateral evanescent coupler)、波导耦合器、分光器/合光器、环形谐振器、色散补偿器、阵列波导光栅(AWG)，以及类似的)。
本发明的一个优点是利用亚微米厚的SOI层形成光学设备，从而可以采用传统的CMOS技术制作光学和电学设备。例如，可以使用诸如局部氧化或者多层沉积和蚀刻/氧化的技术来优化波导结构的光学性能。可以利用现有的平版印刷技术来高度精确的确定光学结构(例如大约0.005μm分辨率)。通过诸如等离子蚀刻的方法(例如，窄槽蚀刻(STI)、反应性离子蚀刻(RIE)或者诱导耦合蚀刻)得到高分辨率的蚀刻。
在本发明的另一实施方式中，在亚微米厚的SOI层上形成了亚微米厚的硅层(例如，聚硅)，并被薄绝缘层分隔开(三层的总厚度维持在1微米以下)。可以使用传统的CMOS技术加工层的组合形成各种形式的设备。由于硅层和SOI层可以被掺杂，因此除了无源光元件外，还可以形成有源光设备结构(例如调节器、开关、波长选择环形谐振器，等等)。
在本发明的另一实施例中，硅层可以被蚀刻以形成各种二维形式(透镜、棱镜光栅等)，其中当光信号通过被定形的区域时，模指数变化提供了光信号所需要的操控。SOI层和硅层厚度的差异导致了波导有效折射率的变化，这可以用来调节光波信号在SOI层中的传输行为。特别的，各种形式例如透镜、棱镜、锥和光栅可以通过对硅层进行蚀刻来形成，以完成不同的光学功能。实际上，该层也可以使用半导体材料而不是硅，例如二氧化硅、氮化硅，或者例如铒掺杂玻璃的材料，然后使用传统的蚀刻工艺在这些其他材料(其表现出不同的折射率)中形成二维光学设备。
在下面讨论中将结合附图来清楚地阐明本发明的其他和进一步优点。
附图说明
现在引用附图
图1是一个示例SOI结构的横截面视图，特别表示光模在SOI结构的亚微米硅表面层(“SOI层”)的限制；
图2是另一示例SOI结构的横截面视图，包括聚硅情况下在SOI层上形成的设备硅层，这里是聚硅，其中聚硅层和SOI层具有亚微米厚度，图2也表明了在聚硅层和SOI层内被限制的光模的支持(带有置于聚硅层和SOI层之间的薄绝缘层)；
图3表示在图1的SOI结构中反射垂直表面的形成；
图4表示在图2的聚硅/SOI结构中反射垂直表面的形成；
图5(a)—(h)表示示例加工步骤，用来在亚微米SOI层形成平面的、二维的光设备；
图6是根据本发明在亚微米SOI层上形成的一个示例波导结构的等轴视图；
图7是根据本发明在亚微米SOI层上形成的一个示例锥状波导结构的俯视图；
图8是根据本发明转角和路由装置一个示例的俯视图，其包括在亚微米SOI层蚀上刻的多镜区；
图9是根据本发明在亚微米SOI层上形成的一个示例分光器的俯视图；
图10是根据本发明在亚微米SOI层上形成的一组聚焦和衍射的二维光学设备的俯视图；
图11是根据本发明在亚微米SOI层上形成的一个示例马赫—泽德干涉仪(Mach-Zehnder interferoometer)的俯视图；
图12是根据本发明在亚微米SOI层上形成的一个示例多模干涉平面光学设备的俯视图；
图13是根据本发明在亚微米SOI层上形成的一个示例环形谐振器插/分设备的俯视图；
图14是根据本发明在亚微米SOI层内形成的一对耦合光波导的俯视图；
图15是根据本发明在亚微米SOI层内形成的一个示例光开关的俯视图；
图16是根据本发明在亚微米SOI层内形成的一对交叉波导的示例装置的俯视图；
图17是根据本发明在亚微米SOI层内形成的一个示例重叠环形谐振器结构的俯视图；
图18是根据本发明在亚微米SOI层内形成的一个示例有源可调环形谐振器结构的俯视图；
图19和20表示在图2结构的亚微米聚硅层内平面光学设备的形成，聚硅平面设备将有效模指数变化引入沿着SOI层传输的信号；
图21是一些不同亚微米厚聚硅设备的等轴视图，其可以在SOI层上形成从而将各种有效模指数变化引入传输的光波信号。
本发明详细描述
图1显示一个示例SOI结构10，其表示光信号限制在SOI结构10的硅上表面层12(以下称为“SOI”层)内，其中SOI层12的厚度t小于1微米。在图1中，SOI结构10包括硅基质14和在基质14上形成的绝缘层16(通常包含二氧化硅)。接着，在绝缘层16上形成SOI层12，其中层16在本领域中经常被称为“被包埋的绝缘材料”(例如，“被包埋的氧化物”称为BOX)。然后在SOI层12上形成相对薄的绝缘层18。
图2中描述了另一SOI结构20，其表示利用聚硅层22并结合SOI层24来支持传输的光信号。如图1的实施方式，SOI结构20包括硅基质26和置于基质26上的绝缘层28。相对薄的绝缘层30可以位于SOI层24和聚硅层22之间，但对于某些实施方式不是必须的。按照这个特定实施方式，SOI层24和聚硅层22的总厚度T，有或者没有绝缘层30时都小于1微米。分别标记为t1和t2的SOI层24和聚硅层22的各自厚度可以按照本发明的制作工艺来控制，从而确定光信号的垂直位置(也就是光模)。例如，当t1＝t2时，每层中会有大约50％的信号强度。
图3表述了根据本发明在图1的SOI结构10内垂直反射面的形成。特别的，SOI层12是被蚀刻的(使用例如下面图5中讨论的工艺步骤)，从而在SOI层12的蚀刻区40内形成“光学光滑”表面42。利用蚀刻步骤，反向的侧壁44也是光学光滑的。根据图3，光信号显示为沿着SOI层12从左向右传输。遇到垂直表面42时，利用硅和“空气”折射率的差别(其中另一种低折射率的材料，例如二氧化硅或者氮化硅，可以替代地置于蚀刻区40通过平面化该结构来简化后续处理步骤)，信号被完全反射(也就是说，“全内反射”，TIR)。
图4描述了在图2的结构20内反射面的形成，其中在SOI层24上形成薄绝缘层30和硅层22。在结构20上形成蚀刻区46，其包括垂直侧壁48，其中垂直侧壁48可以反射传输的光信号。在这个实施方式中，使用SOI层和“光硅”层，与图3中的装置相比，光模是迁移的，这样某些光能量沿着层22和24传输。如上所述，SOI层24和光硅层22的相对厚度将确定传输的光模在这个结构中的实际位置。
虽然图3和图4以切掉一边的侧面图描述反射垂直侧壁的形成，应该理解蚀刻区的实际几何形状可以是任意所需的形状，只由覆盖物的图形以及用来形成开口的加工步骤所控制，该开口位于在SOI层12上或者结合SOI层24和光硅层22。如图5(a)-(f)所示，可以使用一个示例制造方法，在SOI层上进行图形化并形成二维平面光设备。为了所讨论的目的，所描述的方法涉及直接在SOI层上形成设备。可以理解可以使用一组相似的方法步骤蚀刻SOI层、绝缘层和光硅层的结合，从而形成平面光学设备的相同选择。
参考图5(a)，该方法从图1所示的结构10开始，其包括硅基质14、被包埋的绝缘层16和亚微米SOI层12。如图5(b)所示，然后在亚微米SOI层12上表面52涂布光阻材料层50。接着将覆盖物54放置在光阻材料50上，其中如上所述覆盖物54被成型，从而恰当地显示需要被蚀刻入SOI层12的每一个二维结构的轮廓。图5(c)显示覆盖物54在SOI结构10上光阻层50上的位置。如果覆盖物54位置正确，该装置暴露于特定类型的光，如图5(d)所示，从而暴露光阻材料层50未覆盖的区域。例如，穿过覆盖物54的紫外光将覆盖物54的图形转移到光敏光阻材料层50。然后使用传统方法显影光阻材料，图像转移到下层的亚微米SOI层12。
光阻材料层50包括“阳极”光阻材料或者“阴极”光阻材料。使用阳极光阻材料时，如图5(d)所示的曝光步骤导致去除任何下层硅物质，其按照在覆盖物54上形成的图形曝光。图5(e)描述了使用阳极光阻材料的结果，去除了光阻材料层50内的区域60。如图5(f)所示，随着光阻材料层50的图形化，接着使用蚀刻过程来去除亚微米SOI层12的暴露部分。特别地，干法蚀刻(也就是等离子体蚀刻)方法优于“湿”(化学)蚀刻方法，因为亚微米几何图形与形成最终设备特征相关，只有干法蚀刻才被认为可以提供这种水平的分辨率。传统的湿化学蚀刻更适合于形成传统的更大的(1微米及以上)电学元件。使用阴极光阻材料用于光阻层50时，图5(d)所示的曝光步骤会形成图5(g)所示的结构，其中只有光阻层50的“暴露”部分保留。如图5(h)所示，这种结构的后续蚀刻可能导致在SOI层12内形成亚微米“脊形”波导62。根据局部氧化和/或退火，可以采用进一步加工步骤，使由于蚀刻形成的侧壁的特性“光滑化”。
考虑到在SOI层12(或者SOI层24与光硅层22的结合)上形成的空穴区的二维形状是由蚀刻层12覆盖物的图形所控制，下面描述一些在该亚微米结构内形成的不同的平面光学设备(无源和有源)，并在附图中表示。然而，应该理解这些各种设备只是示例；实际上，任何所需的平面光学设备或者平面光学设备的组合都可以根据本发明的教导在亚微米SOI结构上形成。而且，将会介绍许多设备，其通过蚀刻在SOI层12上的特定图形/区域而形成。需要注意的是，相同的结构也可以在亚微米厚的SOI层24、绝缘层30和光硅层22的组合上形成，其中在应用后者结构时，需要为某写特性而确定附加的光硅层。
图6包含在亚微米SOI层12内形成的示例波导结构的等轴视图。这种情况下，穿过沿着亚微米SOI层12的整个厚度蚀刻一对平行的直角开口70和72(因此暴露下层被包埋的绝缘层16)，形成平面二维波导。如图6所示，利用硅和“空气”折射率的差异所提供的横向限制，光波信号沿着SOI层12从左边传输，在蚀刻开口70和72之间形成的波导74内被限制和引导。尽管蚀刻开口70和72显示为直线，应该理解任何其他的几何形状也是合适的，只要保持引导。实际上，可能由于已知蚀刻技术的高分辨率允许形成波导区域74，其具有极小的横截面-亚微米的高度(由SOI层12的厚度确定)和亚微米的宽度w，由覆盖物的特征决定。
图7包括图6中所示装置的变体，这种情况下，描述用于与波导70相关使用的输入锥76和输出锥78的形成。为了形成这些锥，使用每一不同的覆盖物来形成具有图7所示形状的蚀刻开口80和82。也就是说，在波导70的输入，蚀刻图形被控制以增加蚀刻开口80和82之间的间距。由于增加了开口80和82之间的间距，其间所形成的波导的宽度也同样增加了，如图7中所示具有宽度w1(波导70的宽度确定为w2)。相似的间距包含在波导的输出侧，分开的开口80和82形成宽度为w2的输出波导区。某些情况下，可能需要利用绝热锥，其中这种性质所需的锥的尺寸可以很容易地限定在覆盖物内，并随后用来蚀刻所需的绝热形状。
图8包含为SOI层12内的光信号提供转向和路由的示例装置的俯视图，其中每个镜包含蚀刻入SOI层12的三角形状。各种蚀刻开口置于沿着SOI层12表面分隔的预定的位置，以提供所需的转向和/或路由功能。在图8所示的特定实施例中，以波长λ1传输的第一光波信号首先遇到镜区90，其中光波信号被镜区90中45°垂直壁92反射90°。反射的信号接下来遇到了蚀刻镜区94，并被蚀刻表面96反射，继续传输直到遇到蚀刻镜区98。光波信号然后被蚀刻镜区98的垂直壁100反射后，向蚀刻镜区102传输。然后信号被垂直壁104反射，遇到蚀刻镜区106，被垂直壁108反射后向最后一个蚀刻镜区110传输。信号被镜110的垂直壁112反射后离开设备。提供第二个光波信号(这里描述为一个不同波长λ2，但可以使用相同的波长)作为输入到蚀刻镜区114，并被反射垂直壁116改变方向朝着第二蚀刻镜区118传输。光波信号然后被蚀刻镜区118的垂直壁120反射并离开设备。
图9表示由本发明平面光学设备形成的分光装置，其中认为分光装置130是在SOI层12内形成的。如前面提到的，应该理解装置130以及这里讨论的任何其他装置，也可以在SOI层24、绝缘层30和光硅层22的“堆积”组合中形成。参考图9，分光装置130包括第一蚀刻三角区132，区132包括第一反射表面134和第二反射表面136。表面134和136之间的角θ是由用来形成装置130的覆盖物的轮廓来控制的。因此，输入的光波信号将遇到由表面134和136确定的V型边界，光波信号的第一部分(在图9中标记为“A”)并按照显示的方式被改向为朝着蚀刻镜区138。以相似的方式，光波信号的第二部分(在图9中标记为“B”)被改向朝着蚀刻镜区140。光波信号部分A被蚀刻镜区138的表面142反射，并改向为朝着蚀刻镜区146的反射表面144，其中反射表面144的作用是将光波信号部分A部分改向为朝着光学合光器148。以类似的方式，光波信号部分B由蚀刻镜区140的反射表面150改向为朝着蚀刻镜区154的反射表面152。接着，光波信号部分B被反射表面152改向为朝着合光器148。如图9所示，光学合光器包括一对反射表面156和158，其被实质上相同的角度θ分开，使得两个光信号部分A和B改向，将它们合并为输出光波信号。
图10是能够通过对SOI结构10的SOI层12进行图形化处理形成的聚焦和衍射的俯视图。特别地，描述了由SOI层12内的蚀刻空穴所形成的凹面(聚焦)镜，其中控制镜160的蚀刻表面162的曲线(正确形成的图形化覆盖物)为抛物形状，以便可以将进入的光聚焦在SOI层12的聚焦点F上。在使用一种以上波长的光学信号的系统中(例如WDM系统)，如图10所示，形成的凹面光栅164可以包括曲线反射面166，其中表面166具有光栅结构168以分离每种波长并将每一单独的信号在不同点聚焦。使用平版印刷/蚀刻方法形成凹面光栅164，可以很好地控制光栅结构168的特殊参数(例如光栅的周期)以提供有效的平面光栅结构用于WDM系统。同样如图10所述，形成的线性光栅170可以作为SOI层12的蚀刻空穴，并用于将输入光信号分成其各自的波长组分。如图所示，线性光栅170在SOI层12内形成，以便与输入光波信号定位在预定的角度，其中在线性光栅172表面174上的光栅170可以分离不同的波长。
根据本发明，应当理解需要在共同SOI层12内形成的每个平面的、二维光学元件是同时形成的，通过适当限定用来图形化光阻层的覆盖物。例如，如图10所示的完整结构可以通过单一覆盖物，单一曝光步骤和单一蚀刻步骤而形成。实际上，应该理解可以形成任何所需的二维图形，包括锥(特别是用于模转换的隔热锥)、分光器、合光器，等等。例如，图11表示通过图形化和蚀刻SOI层12的表面而形成的马赫-泽德干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)180，包括第一蚀刻空穴182、第二蚀刻空穴184和第三蚀刻空穴186，这一组蚀刻空穴被特定图形化以形成输入波导部分190、第一干涉仪臂192、第二干涉仪臂194以及输出波导部分196。如果马赫-泽德干涉仪180显示为是“对称的”，因为输入波导部分190将等量的光能分到臂192和194中，显然可以很容易地调整用来蚀刻SOI层12的覆盖图形以形成对称的干涉仪。
图12表示通过对SOI结构10的SOI层12进行图形化和蚀刻而形成的多模干涉(MMI)分离器200。如图所示，分离器200是通过对202区和204区进行蚀刻所形成的，大小和位置如图12所示，形成输入波导部分206和空穴区208，空穴区208的功能是使输入信号被由蚀刻区202和204形成的各种内反射垂直壁所反射，这样形成由空穴区208大小决定的干涉图形。如图所示，单独的蚀刻结构210定位在蚀刻区202和204之间，以形成一对输出波导212和214。替代地，一组蚀刻结构可以设置在蚀刻区202和204之间，形成多重N输出波导。
图13表示插/分环形谐振器220，通过在SOI层12适当蚀刻各种特征来形成。如图所示，对SOI层12进行蚀刻以形成波导222，限定第一环形谐振器224大小使其对波长λ1敏感，以便沿着波导222插入这种波长的信号，或者过滤以该波长传输的信号，输出耦合装置如图13所示。限定也沿着波导222设置的环形谐振器226的大小，使其对波长λ2敏感。波导耦合器230如图14所示，是通过对一组的三个区232、234和236进行简单蚀刻而形成。
图15描述了示例的光学开关240，其可以在SOI结构10的SOI层12内形成。形成一组蚀刻区242、244和246以限定2×2开关240的轮廓。区244的内部248被恰当地设置大小，使沿着第一波导250传输的光信号被瞬时耦合入第二波导252。交叉波导装置260如图16所示，其中通过蚀刻如图16所放置的一组四个直角区266、268、270和272而形成第一波导262和第二波导264。重叠环形谐振器结构280如图17所示，其中SOI层12被图形化和蚀刻而形成一对波导282和284，环形结构286与波导对282和284部分重叠。
如前所述，应该了解任何上述各种设备以及任何其他形式的平面光学设备也可以使用图2所示的SOI结构20通过蚀刻方法去除光硅层22、绝缘层30(如果有的话)以及SOI层24来形成。而且，本发明的一个重要方面是可以选择性地掺杂不同设备的区来形成有源结构，蚀刻提供了波长选择的能力，例如，“调节”光设备。图18表示示例的可调环形谐振器300，其中光硅层22和SOI层24的区302被掺杂用来调节设备的电导性。因此，通过向区302使用对照信号(未标明)，由可调设备300的环形谐振器304过滤出特定波长。以相似的方式，如上所述的任一不同设备可以被选择性地掺杂以提供波长敏感性，其中覆盖和掺杂蚀刻结构选择部分的方法在集成电路制造工业是中已知的。
而且，本发明的一个优点是与光学组件运作相关的电学组件可以与光学元件同时形成，使用相同的覆盖物以确定光学和电学组件的性能。例如某些电学组件可以用来“调节”各种有源光组件的性能，特别是波长敏感性。
如前所述并结合图2，根据本发明，亚微米厚的聚硅层22可以在亚微米SOI层24上形成，然后图形化并蚀刻该组合结构而形成平面光学结构。根据本发明的另一方面，在平面波导结构中光的操控可以通过调节SOI层24和聚硅层22组合的有效模指数来完成。特别的，参考图19，SOI结构20的聚硅层22在聚硅层22上按照轮廓310被图形化，形成用来调节有效模指数的平面光学设备。然后对图19中的装置进行蚀刻，如图20所示，去除大部分聚硅层22，在绝缘层30上只留下透镜结构312。有利地，使用绝缘层30作为“蚀刻终端”以防止SOI层22在蚀刻的过程中被清除。因此，当沿着SOI层24传输的光信号遇到透镜312时，会“看到”有效模指数的变化，使得信号被透镜312聚焦。
如图21所示，使用相同的蚀刻技术可以形成多种平面光学设备。特别的，图21包含SOI结构20的俯视图，其中绝缘材料30被暴露以形成大部分表面区。如前所述，结合图19和20，聚硅透镜包含在这组根据本发明形成的“改变模指数”的示例设备中。图21中还显示了凹面透镜314、棱镜316，分光器318、成排光栅320、成排衍射光栅322和衍射菲涅耳(Fresnel)透镜324。通过控制在用来蚀刻聚硅层22的覆盖物上形成的图形，每个结构可以很容易的形成，每一设备尺寸只由蚀刻方法的分辨率来确定。另外，如上所述，如果适合的话，这些设备的选择部分可以被掺杂，形成有源的可调的平面光学设备。
最后，如图21所示，可能使用不是聚硅的材料来形成模指数改变的光学设备。例如，二氧化硅、氮化硅，或者甚至是被掺杂的玻璃材料(例如，稀土材料如铒)。
本发明已经由某些特别优选的实施方式进行了说明。本领域的普通技术人员应该知道优选的实施方式不能用于限制本发明，并且了解这些实施方式的各种变形和扩展都应该在本发明的主题范围内。因此，本发明不能被限制于任何所述的实施方式，而是由权利要求所限定。

Claims (42)

1.一种SOI基光学装置，用于调节传输的光波信号，该装置包括：
硅基质；
置于硅基质上的绝缘层；和
置于绝缘层上的单晶硅层，该单晶硅层具有小于1微米的厚度，并在预定的区域被蚀刻以便形成波导图形，残余波导的宽度小于1微米，并且还暴露下面的绝缘层的部分，在残余的亚微米单晶硅区和产生界面的蚀刻区之间折射率的差异用于调节传输的光信号的性能。
2.权利要求1所述的SOI基光学装置，其中单晶硅层被蚀刻以形成至少一个垂直侧壁，产生反射表面。
3.权利要求2所述的SOI基光学装置，其中至少一个垂直侧壁包括与传输的光波信号设置成预定角度的垂直侧壁。
4.权利要求2所述的SOI基光学装置，其中至少一个垂直侧壁包括具有阻断传输的光波信号的曲线表面的垂直侧壁。
5.权利要求4所述的SOI基光学装置，其中曲线表面是用于将传输光聚焦到预定焦点的凹面。
6.权利要求1所述的SOI基光学装置，其中亚微米单晶硅层被蚀刻成为包括在宽度为w1的第一蚀刻波导和宽度为w2的第二蚀刻波导之间的锥形转换单晶硅区。
7.权利要求1所述的SOI基光学装置，其中亚微米单晶硅层被蚀刻形成光栅结构，用于阻断传输的光波信号。
8.权利要求7所述的SOI基光学装置，其中光栅结构包括凹面弯曲。
9.权利要求1所述的SOI基光学装置，其中波导图形包括波导耦合器装置，其包括：
第一波导部分，其具有输入部分、耦合部分和输出部分；和
第二波导部分，其与第一波导部分平行放置并具有输入部分、耦合部分和输出部分，其中设置第一波导部分和第二波导部分的形状使得平行的耦合部分互相足够接近以便传输的光波信号能够从第一平行耦合部分耦合到第二平行耦合部分。
10.权利要求1所述的SOI基光学装置，其中波导图形包括：
线性波导部分；和
至少一个环形波导，其与线性波导邻近放置，这样沿着线性波导传输的光信号可以被耦合入至少一个环形波导，其取决于传输的光波信号的波长。
11.权利要求1所述的SOI基光学装置，其中该装置包括至少一个在单晶硅层的蚀刻区形成的多模干涉仪，该多模干涉仪包括：
输入波导部分；
混合部分，其与输入波导部分耦合用于在传输的光波信号中产生干涉图形；和
多重输出波导部分，其与混合部分耦合并用于输出耦合在混合部分中产生的干涉信号。
12.权利要求1所述的SOI基光学装置，其中波导部分包括至少一个马赫-泽德干涉仪，其包括：
输入波导部分；
输入Y型部分，其与输入波导部分耦合用以将传输的光波信号分成一对单独光波信号；
第一波导，其与输入Y型部分的第一臂耦合；
第二波导，其与输入Y型部分的第二残余臂耦合；
输出Y型部分，其在第一和第二臂分别与第一波导末端以及第二波导末端耦合，用于将一对单独信号组合成输出光波信号；和
输出波导部分，其与输出Y型部分耦合用以接受输出光波信号。
13.权利要求1所述的SOI基光学装置，其中装置进一步包括：
置于SOI层上的相对薄绝缘层；和
置于相对薄绝缘层上的亚微米厚的设备硅层，其中设备硅层、相对薄绝缘层和单晶硅层的组合厚度小于1微米。
14.权利要求13所述的SOI基光学装置，其中亚微米厚的设备硅层选自聚硅、不定形硅、颗粒大小增加的聚硅和颗粒整齐排列的聚硅。
15.权利要求13所述的SOI基光学装置，其中单晶硅层、相对薄绝缘层和设备硅层的组合被蚀刻而形成至少一个蚀刻区，其包括至少一个垂直侧壁，以及在至少一个垂直侧壁与残余的亚微米单晶硅层和残余的亚微米设备硅层组合之间形成反射面的界面。
16.权利要求15所述的SOI基光学装置，其中至少一个垂直侧壁包括与传输的光波信号成预定角度的垂直侧壁。
17.权利要求15所述的SOI基光学装置，其中至少一个垂直侧壁包括具有曲线表面用于阻断传输的光波信号的垂直侧壁。
18.权利要求17所述的SOI基光学装置，其中曲线表面是凹面用于将传输的光波信号聚焦于预定的焦点。
19.权利要求13所述的SOI基光学装置，其中亚微米单晶硅层、相对薄绝缘层和设备硅层的组合被蚀刻成包括在宽度为w1的第一蚀刻波导和宽度为w2的第二蚀刻波导之间的锥形转换区。
20.权利要求13所述的SOI基光学装置，其中亚微米单晶硅层和设备硅层的组合被蚀刻以形成光栅结构，用于阻断传输的光波信号。
21.权利要求13所述的SOI基光学装置，其中亚微米单晶硅层、相对薄绝缘层和亚微米设备硅层的组合被蚀刻形成波导图形，残余波导的宽度小于1微米。
22.权利要求21所述的SOI基光学装置，其中波导图形包括波导耦合器装置，其包括：
第一波导部分，其具有输入部分、耦合部分和输出部分；和
第二波导部分，其与第一波导部分平行放置并具有输入部分、耦合部分和输出部分，其中设置第一波导部分和第二波导部分的形状使得平行的耦合部分互相足够接近以便传输的光波信号能够从第一平行耦合部分耦合到第二平行耦合部分。
23.权利要求21所述的SOI基光学装置，其中波导图形包括：
线性波导部分；和
至少一个置于邻近线性波导的环形波导，以便沿着线性波导传输的光波信号可以耦合入至少一个环形波导，取决于传输的光波信号的波长。
24.权利要求21所述的SOI基光学装置，其中波导部分包括至少一个马赫-泽德干涉仪，其包括：
输入波导部分；
输入Y型部分，其与输入波导部分耦合用以将传输的光波信号分成一对单独的光波信号；
第一波导，其与输入Y型部分的第一臂耦合；
第二波导，其与输入Y型部分的第二残余臂耦合；
输出Y型部分，其在第一和第二臂分别与第一波导末端以及第二波导末端耦合，用于将一对单独信号组合成输出光波信号；和
输出波导部分，其与输出Y型部分耦合用以接受输出光波信号。
25.一种SOI基光学装置，用于调节光波信号的传输，该装置包括：
硅基质；
置于硅基质上的绝缘层；和
置于绝缘层上的单晶硅层，该单晶硅层具有小于1微米的厚度；
置于单晶硅层上的相对薄绝缘层；和
置于相对薄绝缘层上的设备半导体层，设备半导体层具有小于1微米的厚度，其中单硅晶层、相对薄绝缘层和设备半导体层的组合厚度也小于1微米，设备半导体层被蚀刻以形成至少一个平面的、二维光学设备用以调节沿着下面单晶硅层传输的光波信号的光学行为。
26.权利要求25所述的SOI基光学装置，其中至少一个平面的、二维光学设备包括透镜。
27.权利要求26所述的SOI基光学装置，其中至少一个透镜是凸透镜。
28.权利要求26所述的SOI基光学装置，其中至少一个透镜是凹透镜。
29.权利要求25所述的SOI基光学装置，其中至少一个平面的、二维光学设备包括棱镜。
30.权利要求25所述的SOI基光学装置，其中至少一个平面的、二维光学设备包括光栅。
31.权利要求30所述的SOI基光学装置，其中设置光栅与光波信号的传输方向基本垂直。
32.权利要求30所述的SOI基光学装置，其中光栅是啁啾光栅。
33.权利要求30所述的SOI基光学装置，其中设置光栅与光波信号的传输方向成预定的角度。
34.权利要求25所述的SOI基光学装置，其中至少一个平面的、二维光学设备包括分光器。
35.权利要求25所述的SOI基光学装置，其中至少一个平面的、二维光学设备包括衍射光学设备。
36.权利要求35所述的SOI基光学装置，其中衍射光学设备包括菲涅耳透镜。
37.权利要求25所述的SOI基光学装置，其中设备半导体层包括设备硅层。
38.权利要求37所述的SOI基光学装置，其中设备硅层包括设备聚硅层。
39.权利要求25所述的SOI基光学装置，其中设备半导体层包括设备氮化硅层。
40.权利要求25所述的SOI基光学装置，其中设备半导体层包括硅石。
41.权利要求40所述的SOI基光学装置，其中硅石包括稀土掺杂物用以放大传输的光波信号。
42.权利要求41所述的SOI基光学装置，其中稀土掺杂物包括铒。
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